直齿圆锥齿轮双向镦挤精密成形工艺的数值模拟研究

基于挤压成形提出了直齿圆锥齿轮的双向镦挤精密成形工艺。将传统的"闭塞挤压"中上、下凹模优化为整体式凹模,利用可增大镦挤面积的齿形结构设计上、下凸模。根据"有效摩擦"原理,利用有限元模拟软件DEFORM-3D对直齿圆锥齿轮的双向镦挤成形和单向镦挤成形进行了数值模拟。结果表明,采用双向镦挤成形直齿圆锥齿轮,有利于齿形填充,与其单向镦挤成形相比,双向镦挤的上、下凸模载荷分别降低了55.6%和32.0%。通过物理试验对该方法的可行性进行了验证,成形出了无飞边、齿形充填饱满、轮廓清晰、无折叠、开裂等缺陷的直齿圆锥齿轮。研究结果可为直齿圆锥齿轮高效、节能、节材的近净成形技术提供参考。     

斜齿圆柱齿轮双向镦挤精密成形新工艺研究

为了克服斜齿圆柱齿轮(简称斜齿轮)现有工艺存在的模具结构复杂、成形力大等不足,在直齿形状凸模双向镦挤成形斜齿轮的基础上提出了斜齿凸模和无齿凸模双向镦挤两种成形方案。分析了不同成形方案下,端面摩擦力对载荷的影响。利用有限元模拟软件Deform-3D分别对三种成形方案进行了数值模拟。结果表明,采用无齿凸模镦挤成形斜齿轮在载荷及模具结构方面优于齿形凸模镦挤成形,其中无齿凸模双向镦挤较直齿凸模双向镦挤,最大载荷降低约25%;无齿凸模双向镦挤较斜齿凸模双向镦挤,最大载荷值降低约35%;无齿模具加工制造更容易,成形等效应力远小于模具材料许用应力。     

主动螺旋伞齿轮双向镦挤精密成形试验

为实现主动螺旋伞齿轮精密成形,并克服现有工艺存在的轮齿角隅填充欠饱满、模具结构复杂、成形力大等不足,根据"积极摩擦"原理采用了一种双向镦挤闭塞模锻新工艺。以一种齿数为10的主动螺旋伞齿轮为研究对象,分析了成形工艺特点并创建了三维模型,利用Deform-3D对成形过程进行数值模拟,得到载荷-行程曲线,结果表明,变形过程可划分为自由变形、大变形、充满3个阶段。与单向镦挤对比,双向镦挤的大、小端载荷值分别降低了14%和30%;并对所获等效应力、等效应变等信息进行了分析,为模具设计优化提供了依据。通过物理模拟试验,得到了无飞边、齿形充填饱满、轮廓清晰、无折叠和开裂等缺陷的铅质主动螺旋伞齿轮。     

主动螺旋锥齿轮镦挤成形方案的对比研究

根据"积极摩擦"原理论证了双向镦挤成形主动螺旋锥齿轮的工艺优于其单向镦挤成形。通过对4种双向镦挤方案进行数值模拟研究,发现成形过程中齿型腔可顺利填充,所成齿形良好。变形过程可大致划分为自由变形、充满、角隅充填3个阶段。通过对不同方案中坯料端面摩擦力及数值模拟结果对比分析发现,采用无齿凸模镦挤成形主动螺旋锥齿轮的载荷低于有齿凸模镦挤成形,其中无齿凸模双向镦挤是最优的一种方案。无齿凸模在模具结构方面优于有齿凸模,对应的凹模也无需做成内齿形状,进一步简化了模具结构,同时,其等效应力在模具承受范围内,可望提高模具寿命。通过物理模拟试验对无齿凸模双向镦挤方案进行验证,得到了无飞边、齿形充填饱满、轮廓清晰、无折叠、无开裂等缺陷的铅质主动螺旋锥齿轮。     

扩隅凹模精密成形直齿圆柱内齿轮试验研究

为解决内齿轮塑性成形工艺中存在的角隅填充困难及成形力大等问题,在已有的扩腔凹模成形柱形齿轮的研究基础上进一步探索直齿圆柱内齿轮的扩隅凹模精密成形工艺。以模数为3 mm,齿数为18,外径为Φ80 mm的直齿圆柱内齿轮为研究对象,利用DEFORM-3D有限元软件和设计制作的试验模具对新成形工艺进行了数值模拟和物理模拟试验研究,初步探讨了扩隅空间几何参数(扩隅斜角α、扩隅空间齿宽方向尺寸b和扩隅空间齿高方向尺寸h)对内齿轮成形效果的影响。研究表明,新工艺成形载荷较闭式模锻工艺可降低约70%;α或(b,h)值越大,镦压成形力越大,而顶出成形力越小,角隅填充更加饱满,当α或(b,h)值过大时,内齿轮下角隅产生废料,当α取8°～14°,b取(1/4～1/2)齿宽B,h取(1/4～1/2)齿高H时,可获得成形质量良好的内齿轮锻件。等效应力分布均匀,无应力集中,且在模具承受范围之内。物理模拟试验得到了齿形饱满、轮廓清晰且无折叠等缺陷的铅制齿轮,与数值模拟结果吻合良好。     

齿轮温挤精密成形工艺数值模拟

为了降低齿轮的成形力,在研究闭式镦挤成形齿轮法的基础上,提出了一种新的直齿圆柱齿轮温挤径向导流——约束分流两步成形工艺方案,采用三维大变形弹塑性有限元法对以闭式镦挤和以温挤径向导流——约束分流两步成形方式的成形情况进行了数值模拟分析。得到了新工艺成形过程的应力分布图以及载荷——形成曲线。数值分析结果表明：约束分流成形与闭式成形相比可明显降低成形力,有利于金属的流动,保证了齿形充填良好,改善模具受力条件,提高成形工件的质量。     

大模数直齿圆柱齿轮精锻数值模拟及模具设计

采用闭塞式精密模锻技术的40Cr直齿圆柱齿轮,设计了一种全新的圆柱直齿轮温精锻成形模具,利用UG软件对模具结构进行三维造型,通过有限元分析软件DEFORM-3D对精锻成形过程进行数值模拟,得到了齿轮成形过程的等效应力图和变形速度图。结果表明:采用闭塞式温镦挤复合成形工艺,能够得到齿形完整,强度和精度较高的齿轮产品。     

直齿圆柱齿轮开放成形数值模拟

为了降低齿轮精密成形力,在对闭式镦挤成形齿轮分析的基础上,提出了直齿圆柱齿轮开放成形新方法,即开放式温镦挤-冷推挤复合成形工艺。用三维刚塑性有限元对闭式镦挤和开放成形两种直齿圆柱齿轮成形方法进行了数值模拟分析。结果表明,开放成形与闭式成形相比,可明显降低成形力,改善模具受力条件,提高成形工件的质量。并根据模拟所得载荷-行程曲线,计算出开放镦挤齿形变位系数为0.2时,成形力所作功最小,为“开放镦挤”齿轮凹模的设计提供了依据。     

直齿轮冲挤——镦挤成形过程数值模拟分析

针对直齿轮精锻成形工艺存在齿形充填困难和成形载荷大的两个问题,本文采用三维有限元分析软件DEFORM-3D对浮动凹模形式下,直齿轮冲挤—镦挤成形过程进行了数值模拟。通过分析金属材料内部的应力场、应变场的分布,挤压载荷和温度的变化,以及工艺参数对成形过程的影响,认为采用浮动凹模结构不仅有利于齿腔角部金属的充满,还可以极大地降低金属在成形终了阶段的变形力,从而为直齿轮精锻成形工艺的实用化提供了理论指导。     

圆柱斜齿轮冷锻成形工艺研究

针对圆柱斜齿轮冷锻过程中齿腔充填困难、成形载荷大、模具寿命低的特点,提出了局部加载冷锻圆柱斜齿轮新工艺。利用有限元软件对新工艺进行数值模拟,分析了工艺成形过程中速度场、等效应变等规律,并对比分析了闭式、轴分流和局部加载成形工艺的成形载荷。研究结果表明,局部加载成形工艺可以较好地成形圆柱斜齿,改善齿端部分的充填性能,可显著地降低成形载荷,为此类齿轮的冷锻工艺应用与生产实践提供了理论依据。     

基于DEFORM-3D的圆柱直齿轮冷精锻成形范围的研究

采用闭式镦锻-空心分流一模两击式的模具结构对圆柱直齿轮的成形过程进行了DEFORM-3D数值模拟,对成形载荷和齿轮充填情况进行分析,从而得出圆柱直齿轮的理论成形范围曲线。该曲线对今后圆柱直齿轮的成形具有指导意义。     

直齿圆柱齿轮冷精锻新工艺数值模拟研究

提出了一种由空心坯成形直齿圆柱齿轮的新工艺：预锻分流区-分流终锻，用三维有限元数值模拟软件DEFORM-3D^TM进行了数值模拟研究，得到了锻造载荷-行程曲线以及整个成形过程的应力、应变、速度分布等，并与传统的闭式镦挤工艺模拟的结果进行了比较。分析表明．此工艺与传统的闭式镦挤成形方法相比有诸多优点，为该新工艺的工业化应用奠定了理论基础。     

局部加载约束分流冷锻直齿轮工艺研究

针对直齿轮冷锻过程中齿腔充填困难、成形载荷大、模具寿命低的特点,提出了基于局部加载一约束分流冷锻圆柱直齿轮新工艺。在浮动凹模基础上,利用有限元软件对新工艺进行数值模拟。对工艺成形过程中速度场、成形载荷等规律进行了分析,并对比分析了多种成形工艺。结果表明：局部加载一约‘束分流终锻成形工艺可以较好地成形大模数圆柱直齿轮,能避免齿轮成形时产生的折叠缺陷,同时可以显著地降低成形载荷,为此类齿轮冷锻工艺的应用与生产实践提供了理论依据。     

直齿圆柱齿轮劈挤成形新工艺研究

为了解决直齿圆柱齿轮现有工艺的轮齿角隅欠饱满、成形力大、模具结构复杂问题,以模数4,齿数12,齿厚30 mm的直齿圆柱齿轮为对象,运用数值模拟和物理实验相结合的方法,探讨了基于劈挤的直齿圆柱齿轮两步精确成形新工艺-"闭式模锻预成形+劈挤终成形"。结果表明,该工艺是可行的,它形成了理想的全齿直齿轮和清晰的齿廓,成形力小,不存在脱模问题。该工艺为促进直齿圆柱齿轮特别是大模数、多齿数齿轮的精锻工艺提供了一种新方法。     

局部加载冷锻成形圆柱直齿轮仿真

圆柱直齿轮冷锻成形载荷大,模具寿命低。提出整体预锻齿坯与局部加载终锻齿形两步冷锻成形圆柱直齿轮的工艺。用三维造型软件Unigraphics NX建立了圆柱直齿轮锻件及模具模型之后,通过有限元仿真软件Deform3D数值仿真圆柱直齿轮冷锻过程。仿真结果表明,该工艺在保证齿形充填完整的同时,可以显著地降低成形载荷。     

直齿圆柱齿轮不同变位系数开放式成形研究

为了降低齿轮的挤压成形力,在研究闭式镦挤成形齿轮法的基础上,提出了一种新的直齿圆柱齿轮"开放式充填"温挤成形工艺方案,即开放式温镦挤-冷推挤复合成形工艺.采用MSC/Superform软件,对开放式成形进行了数值模拟分析.数值分析结果表明:开放成形与闭式成形相比可明显降低成形力,改善模具受力条件,提高成形工件的质量.并且根据模拟出的载荷-行成曲线,拟合出载荷-行程函数关系式,得出变位系数为0.2时,成形载荷的功最小,从而为齿轮凹模的设计提供依据.     

直齿圆柱齿轮浮动凹模冷闭式镦挤成形数值模拟分析

结合齿轮浮动凹模锻造和分流锻造技术,提出了一模两击式直齿轮冷闭式镦挤新技术,即先进行环形坯料带活动芯轴的镦挤预锻,后进行无芯轴空心分流终锻的两步成形工艺.并通过DEFORM-3D数值模拟分析和比较,验证了该技术能解决成形力过大和齿形充不满等缺陷,是适用于直齿圆柱齿轮精锻的有效工艺方案.     

一种直齿圆柱齿轮精密成形的金属流动

为阐明直齿圆柱齿轮两步精密成形新工艺"半隆埂预成形+劈挤终成形"变形过程中的金属流动规律,以模数为4、齿数为12、齿厚为30 mm的实体齿轮为研究对象,运用Deform-3D数值模拟软件的点追踪功能,进行正、反向追踪观察分析。结果表明:预成形过程中,坯料发生整体镦粗变形,径向半隆埂状起伏侧面容易获得;终成形过程中,沿周径向宽度不大的范围内发生连续局部变形,齿槽空间原有金属被推向两侧,齿槽底面来自坯料非表层,齿顶金属由预成形的齿埂侧面转移而来,轮齿及齿槽金属均发生了较明显的轴向位移,且齿顶位移大于齿根位移,后期,部分表层金属作为余料被剥离,既为实际应用提供了工艺补偿环节,又去除了容易脱碳的表层。该工艺借助于构造不太复杂的模具和简单的模具动作,得到了清晰、饱满的轮齿及齿槽。     

斜齿轮冷精锻成形工艺方案研究

在直齿圆柱齿轮冷精密成形研究成功的基础上,将成果推广到斜齿轮冷成形工艺的研究中.借助于三维数值模拟软件Deform-3D的分析,提出了一个试验方案.然后利用双向镦挤工艺,试验出了完好的斜齿轮.最后的结论是,理论分析与实验的结果基本上符合.     

模具结构对齿轮成形性能的影响

研究了直齿圆柱齿轮的冷精锻过程 ,详细分析了模具结构对齿轮成形的影响。结果显示 ,增加适当高度的镶件对大模数、高厚度的圆柱直齿轮齿腔填充比较有利 ,增加芯棒可以降低齿轮成形载荷 ,但单位面积的成形力并未减少 ,且对齿轮的填充性影响不大。